主动Lamb波中的空间滤波器结构健康监测

针对主动Lamb波结构健康监测技术在应用中容易受到Lamb波复杂传播特性的影响,监测信号的信噪比较低的问题,提出了空间滤波器方法的基本原理和实现方法,利用压电线阵得到传感信号之间的相干性,实现对有用信号的相干聚焦增强,监测损伤位置并成像,能够实现对特定方向的扫描.分析了空间滤波器的基本原理,给出了用于离散压电线阵的空间滤波器实现形式,并对该方法进行了试验研究,在碳纤维板结构上的试验结果表明,该方法可以有效实现损伤散射信号的聚焦增强,成像突出显示损伤所在方位和位置,提高信号的信噪比,具有一定的工程应用价值.     

方向性损伤的Lamb波压电线阵扫描成像与评估

对方向性损伤的Lamb波定量监测与评估方法进行了研究,采用了线性压电阵列布置方法,基于传感阵列各阵元捕获到的Lamb波损伤散射信号之间的相位情况,扫描方向性损伤反射信号的相位延迟信息,实现损伤和方向中心位置的判定。根据判定损伤方向,通过线阵旋转处理,研究改进了时间反转损伤成像评估方法,实现对方向性损伤的成像和评估。在铝板结构上的实验研究表明,该方法可以实现对损伤方位和尺寸的定量评估,较现有成像方法具有更好的抗干扰性和准确性。     

一种基于宽带激励的虚拟时间反转方法

针对主动Lamb波监测中常见的低信噪比问题和传统时间反转方法降低监测信号空间分辨率的不足,提出一种采用宽带激励求取损伤散射路径传递函数的虚拟时间反转方法并应用于复杂结构的多损伤成像中.理论研究并经实验验证表明该方法不但能够有效实现Lamb波多损伤散射信号在相应损伤处聚焦增强,抑制了边界反射信号和噪声,提高了信噪比,而且与传统时间反转方法相比,提高了损伤聚焦波包的空间分辨率,增强了对于多个损伤的监测能力.最后的成像结果显示虚拟时间反转方法能够改善复杂板结构中两个近邻损伤的成像质量.     

基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

本文基于Lamb波和时频分析方法，提出了一种损伤成像方法，对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，得到Lamb波的理论速度分布，为损伤成像提供基准信息；然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析，提取特征信息，得到散射波的能量分布；在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响，将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来，得到损伤的图像，将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统，实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。     

基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。     

Lamb波时间反转分解损伤识别方法研究

基于主动Lamb波的结构健康监测和损伤检测是目前研究的热点之一。时间反转分解方法利用发射-接收阵列可以选择性地分别聚焦定位各个散射体.由于Lamb波传播的频散和多模式特性,导致了Lamb波时间反转传递矩阵的不对称性。基于压电激励Lamb波传播过程,分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系,进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究,利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播,定位板中各个散射体。实验结果表明了Lamb波时间反转分解损伤识别方法的有效性,能够有效识别并定位结构损伤。     

Lamb波时间反转分解损伤识别方法研究

基于主动Lamb波的结构健康监测和损伤检测是目前研究的热点之一。时间反转分解方法利用发射-接收阵列可以选择性地分别聚焦定位各个散射体.由于Lamb波传播的频散和多模式特性,导致了Lamb波时间反转传递矩阵的不对称性。基于压电激励Lamb波传播过程,分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系,进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究,利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播,定位板中各个散射体。实验结果表明了Lamb波时间反转分解损伤识别方法的有效性,能够有效识别并定位结构损伤。     

复合材料T型接头损伤监测的概率成像方法

T型接头是复合材料典型的结构形式和重要的损伤监测部位,但其存在变厚度、内填充以及材料各向异性等复杂结构特性,导致依赖于信号传播速度的延迟-累加等基于压电传感器阵列和Lamb波的结构健康监测成像方法难以实现其损伤的准确监测。针对此问题,研究了一种与信号传播速度无关的损伤概率成像方法。该方法利用压电激励-传感网络通道的损伤因子,通过椭圆轨迹法确定各通道损伤因子的有效影响区域,然后对各通道损伤因子的椭圆影响区域合成进行成像,实现了复合材料T型接头损伤的准确监测,并使用超声C扫描进行了验证。实验结果表明,利用损伤因子可以在线监测复合材料T型接头的健康状态并实现损伤预警,在此基础上利用损伤概率成像方法可以实现损伤位置的判别。     

基于匹配追踪的蜂窝夹层复合材料损伤检测

基于Lamb波和匹配追踪时频分析方法,提出一种损伤成像方法,对蜂窝夹层复合材料结构进行损伤监测.首先针对Lamb波传播的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,该方法能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号,并识别Lamb波的模态;然后对由压电传感器采集到的Lamb波信号,采用匹配追踪方法提取特征信息,得到Lamb波的能量分布;在此基础上,考虑Lamb波在各向异性结构中传播速度的影响,将损伤处的散射波能量分布和各像素点对比度联系起来,得到损伤图像,将损伤的情况可视化.通过蜂窝夹层复合材料结构实验验证了该方法的可行性和有效性.     

基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测

为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波.时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化.实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性.     

基于单激发端多接收端压电阵列的板内损伤检测

基于超声导波技术研究了板状结构的损伤检测。理论分析了平板中Lamb波的传播特点;利用有限元耦合场模拟方法模拟了平板中Lamb波的传播及裂纹对Lamb波的影响;根据有限元模拟结果,分析了裂纹尺寸对Lamb波传播的影响;为检测损伤的位置,建立了单激发端多接收端的压电阵列;结合概率成像算法,建立了损伤分布场,该分布场的成像结果直观地反映了损伤的位置和严重程度。     

Damage detection in multilayered fiber–metal laminates using guided-wave phased array

This study employs the Lamb wave method to detect damage in Fiber–metal laminates (FMLs). The method is based on quasi-isotropic behavior approximation and beamforming techniques. Delay and sum and minimum variance distorsionless response beamformers are applied to a uniform linear phased array. The simulation in finite element software is conducted to evaluate the performance of the presented procedure. The two types of damage studied are the following: (1) Delamination between fiber–epoxy and metal layers and (2) crack on the metal layer. The present study has the following important contributions: (1) Health monitoring of multi-damaged FMLs using Lamb waves and beamforming technique, (2) detection of damage type, (3) detection of damage size by 1D phased array, and (4) identification of damages that occurred very close to the laminate edges or close to each other.     

Computer-aided hybrid time reversal process for structural health monitoring

For structural health monitoring (SHM) applications, this paper proposes a new baseline-free time reversal process (TRP)-based SHM technique. The newly proposed technique is characterized by two key features: the hybrid TRP (HTRP) and the diagnostic digital imaging method. In the conventional TRP (CTRP), the forward and backward processes are all conducted by the measurement using piezoelectric actuators and sensors. However, in the proposed HTRP, the backward process is conducted by the computer-aided computational approach while the forward process is conducted by the same measurement approach as used for CTRP. As a benefit of the computer-aided backward process, some Lamb wave modes which do not carry any damage information can be removed to obtain the refined reconstructed signals which are finally used for the damage diagnosis: this can make the remaining signal processing for the damage diagnosis much efficient. In contrast to the previous CTRP-based damage diagnosis methods where the pattern comparison methods have been widely used, the digital imaging method is used in the proposed SHM technique to detect damages by using the time-of-arrivals of the wave packets generated by the damages.     

基于Lamb波的平尾大轴裂纹扩展监测

平尾大轴作为在役飞机的主承力构件,其轴内变厚度截面处存在应力集中现象,是疲劳断裂高发的关键部位。针对平尾大轴变截面处裂纹损伤,研究其基于主动Lamb波的裂纹深度在线监测方法。首先,通过线切割制造真实损伤,对压电传感器采集的监测信号进行Shannon连续复数小波变换,去噪提取Lamb波信号;其次,重点研究了不同模式Lamb波的4种损伤因子对大轴裂纹深度的表征能力,结果表明,基于A_0模式的互相关损伤因子对裂纹深度的表征效果最佳;最后,利用A_0模式的互相关损伤因子实现了平尾大轴裂纹萌生及裂纹尺寸的定量化监测,为平尾大轴的在线监测提供了方法基础。     

基于分级概率成像的大电机定子绝缘损伤识别

为了正确评估大电机定子绝缘老化程度,提出了一种基于导波复合特征的分级概率成像损伤检测方法。通过提取损伤前后Lamb波信号之间的相关系数,利用全局概率成像初步获取绝缘损伤的分布区域和损伤程度。通过提取Lamb波散射信号波包传播时间和峰值特征,采用局部概率成像方法进一步表征损伤的局部特征。通过对两种损伤概率成像结果进行图像融合获得定子绝缘损伤识别结果。最后,对不同的典型绝缘损伤进行了损伤检测实验。结果表明:利用复合特征和分级概率成像方法可以识别出定子绝缘损伤位置和损伤程度,能够为大电机定子绝缘故障诊断提供更加有效的参考信息。     

基于Lamb波的压电陶瓷/环氧树脂复合材料传感器制备及应用

风力机叶片、飞机机翼等结构均为大面积曲面板类结构,基于Lamb波的结构健康检测技术对细微损伤比较敏感,是目前最具应用前景的技术之一。传统的Lamb波传感器大都采用PZT陶瓷制成,质地脆且硬度大,不能适应于曲面结构检测。将PZT陶瓷粉末与环氧树脂复合制备了一种新型柔性0-3型压电复合材料,研究了质量比、极化电场、极化温度和极化时间等因素对压电复合材料性能参数的影响,开展了多因素正交实验来确定材料制备的最优极化工艺参数。实验研究了该压电复合材料制成的传感器对Lamb波的传感响应特性,与现有的MFC、PVDF和传统压电片等传感元件的响应特性进行了对比分析。将制备的传感器应用于翼型曲面板,利用椭圆定位方法进行损伤检测。研究结果表明,PZT陶瓷/环氧树脂压电复合材料传感器具有良好的传感响应特性,能够很好地贴合于曲面板表面,与只能部分耦合于曲面板的传统压电片相比,采集的Lamb波信号更加准确,从而为曲面板类结构健康监测提供一种新型的柔性压电传感技术。